JPH07107909B2 - ウエハプローバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ウエハプローバに関するものである。

（従来の技術） ウエハプローバはウエハに多数形成されたチップの夫々
の電気的諸特性を測定し、不良と判定されたチップをア
センブリ工程の前で排除することにより、コストダウン
や生産性の向上に寄与させるための装置である。

ところで、近年の半導体製造工程は生産性の向上、歩留
りの向上並びに品質の向上が要求されており、しかも、
ウエハの大形直径化と製造装置の自動化が進行している
なかで、プローバについてもこれと同様であって、ウエ
ハが収容されたウエハカセットをセットするのみで、自
動的に測定可能なプローバが開発されている。

しかしながら、近年のチップの高集積化や多品種化によ
り、少量多品種生産工程が増加しており、このため、オ
ペレータの操作が非常に増加しているのが現状である。
特にプローブカードは、特定対象チップの品種毎に交換
する必要があり、例えば、Ｘ品種のチップを測定し、続
いてＹ品種のチップを測定する場合には、プローブカー
ドをＹ品種に応じたものに交換する必要がある。

従来、このようなプローブカードの交換手段は、オペレ
ータがヘッドプレート上のビス等を緩めてプローブカー
ドを取外し、次にＹ品種に適したプローブカードを取付
ける等の作業を行い、これら全ての作業を人為的手段に
より行っていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したように従来のウエハプローバで
は、ウエハの品種交換毎にオペレータがプローブカード
を人為的に交換するため、半導体製造工程における自動
化に相反するものであることは勿論のこと、生産性、歩
留り並びに品種等の向上を図ることは極めて困難であ
る。

特にプローブカードの触針は、チップに対する摩擦によ
って耐久性を欠くため、信頼性の高い測定結果を得るた
めには、プローブカードを繁雑に交換しなげればなら
ず、このためオペレータは、プローブカードの交換作業
に多くの時間を費すことになり、作業効率の低下を招く
ばかりか、作業の完全自動化の大きな障害となってい
た。

そこで本発明は上述した問題点を解決するためになされ
たもので、プローブカードの着脱作業を自動化してプロ
ーバの前自動化への対応を容易にし、生産性、歩留り向
上およびプローブカード交換時の安全性を向上させるこ
とができるウエハプローバを提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のウエハプローバは、プローブカードに設けられ
た触針と、半導体ウエハに形成された半導体素子の電極
パッドとを接触させ、テスターからの電気信号を授受し
て前記半導体素子の電気的特性を測定するウエハプロー
バにおいて、 係止部が設けられたプローブカードと、 前記係止部に係合する係止機構が設けられたインサート
リングと、 前記プローブカードを複数枚収容したプローブカード収
容ラックと、 このプローブカード収容ラックと前記インサートリング
下面との間で前記プローブカードを搬送するプローブカ
ード搬送手段と、 前記係止機構を駆動し、前記プローブカードの係止部に
対する係合及び係合解除を行わせる駆動手段と、 前記駆動手段及び前記プローブカード搬送手段を予め記
憶されたプログラムにより制御し、前記プローブカード
の自動交換動作を実行させる制御手段と を備えたことを特徴とするものである。

（作 用） 本発明は上述した手段により、プローブカードとインサ
ートリングの着脱作業が自動化できる。

＜第１実施例＞ 符号４はテストヘッドであり、プローバ本体との取付け
部である回転軸（５）により回転可能に取付けられてい
る。そしてメインステージ（１）上面中央部にはリング
状のインサートリングを備えたプローブカード自動交換
機構（６）が設けられており、このプローブカード自動
交換機構（６）のインサートリングにプローブカードが
装着される。ウエハ測定中は、テストヘッド（４）はメ
インステージ（１）上に密着された状態となっており、
このときプローブカードの触針で検出した検出信号は、
プローブカード、インサートリング、テストヘッド
（４）内の測定回路を介して図示を省略したプローバテ
スタへと伝達される。

一方、メインステージ１内の左側部にはプローブカード
を複数枚収容したカード収容ラック７と、このカード収
容ラック（７）から所望のプローブカードを自動的に取
出してプローブカード自動着脱機構（６）のインサート
リング下面までこれを搬送するプローブカード自動着脱
機構（６）が設けられている。

第２図は、メインステージ（１）に設けられたプローブ
カード自動着脱機構（６）を下めからみた詳細構造を示
す図で、符号（21）はインサートリングであり、このイ
ンサートリング（21）下面にはインサートリングよりも
小径リング状のカードソケット（22）が同心に固着され
ている。

インサートリング（22）の外周には、ほぼ120度の角度
をおいてプローブカード固定ピン（23a,23b,23c）が夫
々その軸をインサートリング（21）の半径方向に向けて
配設されている。固定ピン（23a,23b）は夫々矩形の固
定板（24a,24b）に垂設されており、この固定板（24a,2
4b）はその中心部をビス（25）により回転可能にメイン
ステージ（１）下面に取付けられている。実は固定ピン
（23a,23b）は、固定板（24a,24b）のインサートリング
（22）側辺の一角に配置されており、この固定ピンとビ
スの対角線上の一角がインサートリング（22）の接線方
向とほぼ平行に配置された複動式のエアーシリンダ（26
a,26b）のプランジャー先端に固定されている。

即ち、エアーシリンダ（26a,26b）のプランジャーを伸
長することにより固定板（24a,24b）が回転して固定ピ
ン（23a,23b）がインサートリング側に突出する構造と
なっている。

一方、固定ピン（23c）は、固定板（24c）にインサート
リング（21）の内径方向に対し進退可能に取付けられて
おり、さらに固定ピン（23c）の側面には矩形の移動板2
7が固着されている。この移動板（27）の一辺はテーバ
ー部を有しており、該テーパー部にプランジャー先端が
当接するようにエアーシリンダ（26c）が配設されてい
る。

即ち、エアーシリンダ（2Ec）が伸長することにより、
プランジャー先端部が移動板（27）のテーパー部を押圧
し、固定ピン（23c）がインサートリング21の内径方向
に突出する構造となっている。

ところで、固定板（24a,24b）には固定ピンと平行でか
つビス（25）を挟んでカード離間用ピン（28a,28b）が
設けられており、カード離間用ピン（28a,28b）と固定
ピン（23a,23b）とは相反する動作をする。即ち、固定
ピン（23a,23b）がインサートリング（21）内径方向に
突出したときはカード離間用ピン（28a,28b）が退行
し、固定ピン（23a,23b）が退行したときにカード離間
用ピン（28a,28b）が突出する。

さて、プローブカード（９）の構成であるが、円盤状の
プローブカード本体（31）の外周部は、カード本体と段
差を付てカードホルダー（32）が形成されている。この
カードホルダー（32）の内径は、カードソケット（22）
を嵌合するようにほぼ同径となっており、さらにカード
ホルダー（32）上面にはインサートリング（21）下面に
120度間隔で突設されたカード位置決めピン（33）に嵌
合する位置決め孔（34）が穿設されている。

一方、カードホルダー下面にはテーパー面を有した係止
溝（35）が形成されており、プローブカード（９）のイ
ンサートリング（21）に装着した際、この係止溝（35）
が固定ピン（23a,23b,23c）と係合するようになってい
る。また、この係止溝（35）と同様な形状の溝（36）が
カードホルダー（32）上面の２か所に形成されており、
この溝（36）とカード離間用ピン（28a,28b）とが係合
する。

このようなプローブカード自動着脱装置の動作について
説明する。

まず、インサートリング（21）のカード位置決めピン
（33）とカードホルダー（32）の位置決め孔（34）とが
嵌合するようにしてプローブカード（９）をインサート
リング（21）へ当接する。そしてエアーシリンダ（26a,
26b,26c）を駆動して固定ピン（23a,23b,23c）突出さ
せ、この固定で係止溝（35）のテーパー面を押圧してプ
ローグカード（９）を固定する。

プローブカード（９）とインサートリング（21）の離間
時は、エアーシリンダ（26a,26b）を収縮させて、カー
ド離間用ピン（28a,28b）で溝（36）のテーパー面を押
圧させてこの離間動作を補助する。

＜第２実施例＞ 次に、本発明の第２実施例について図を参照して説明す
る。同様に同一部品については同一符号を用いて説明す
る。

上述した第１実施例において説明したインサートリング
（21）側のプローブカード自動交換機構（６）について
は同様な機構を有しているが、このインサートリング
（21）に着脱するプローブカード（37）の構成は、第３
図に示すように、プリント配線（38a）された円盤状の
プローブカード基板（38）と、このプローブカード基板
（38）の中央に集合するように固定端が固定支持された
プローブ針（38b）とから構成されている。

上記円盤状のプローブカード基板（38）例えばφ100mn
×t4mmのガラスエポキシ樹脂基の周縁近傍には、インサ
ートリング（21）側のカードソケット（22）底面下と密
着するように構成されており、さらに上記プローブカー
ド基板（38）の周縁部上面にはインサートリング（21）
の周縁底面下に120゜間隔で突出されたカード位置決め
ピン（33）に嵌合する位置決め孔（39）が穿設されてい
る。

さらに第４図に示すように、プローブカード基板（38）
の下面（40）にはテーパ面を有した係止溝（41）例えば
カット3C×l10mm三角切欠形状溝が形成されている。こ
の形式位置はプローブカード基板（38）にプローブ針
（38b）が固定支持された面に設けられている。

この係止溝（41）は、インサートリング（21）に装着す
る際に、第５図に示すように、テーパ面を押圧するよう
に固定ピン（23a,23b,23c）が係合するように構成され
ている。

またこの係止溝（41）と同様にテーパ面を有した離脱溝
（42）がプローブ針（38b）を固定支持された反対面に
設けられている。

この離脱溝（42）例えばカット3C×l10mm三角切欠形状
溝がインサートリング（21）離脱する際に第５図に示す
ようにテーパ面を押圧するようにカード離間用ピン（28
a,28b）が係合し、プローブカード（37）を下側に押下
げるように構成されている。

つぎに動作について説明する。

先ず、第６図で示すように、プローブカード（37）を支
持した搬送手段（43）によって、インサートリング（2
1）の下側に搬送されたプローブカード（37）はインサ
ートリング（21）のカード位置決めピン（33）とプロー
ブカード（37）の位置決め孔（39）とが嵌合するように
プローブカード（37）をインサートリング（21）へ当接
する。

そして、インサートリング（21）側に設けられたエアシ
リンダ（26a,26b,26c）を駆動させて固定ピン（23a,23
b,23c）を突出させるようにして、この固定ピン（23a,2
3b,23c）が係止溝（41）のテーパ面を摺動するように押
圧してプローブカード（37）を固定する。

以上でインサートリング（21）にプローブカード（37）
を固定ピン（23a,23b,23c）を用いて装着したが、つぎ
にこのプローブカード（37）をインサートリングから離
脱する動作について説明する。

搬送手段（43）がプローブカード（37）の下側に配置し
たのち、インサートリング（21）側のエアーシリンダ
（26a,26b）を収縮させてビス（25）を中心にして固定
板（24a,24b）を揺動するように回転させて、カード離
間用ピン（28a,28b）を離脱溝（42）のテーパ面を押圧
させて、位置決めピン（33）をガイドにして、下側に降
下する。

ここで、プローブカード（37）に穿設された位置決め孔
（39）に金属部材例えばプローブカードの一部分にのみ
アルミ部材をプローブカード（37）と平滑にして埋め込
み、この埋め込んだアルミ部材に穿設させ、位置決め孔
（39）を設けてもよい。

また、プローブカード（37）の脱離溝（42）及び固定溝
（41）に金属部材を埋設してプローブカードの着脱の際
の摩耗を防ぐようにしても良い。

なお、プローブカードの搬送を完全自動化、例えばスカ
ラーロボット等を用いてウエハに対応するプローブカー
ドを自動的に検索してインサートリングに当接するよう
にすれば、作業の完全自動化が図れる。

このように本発明のプローバーによれば、プローブカー
ドをテストヘッドのインサートリングに完全自動でしか
も確実に着脱することが可能となり、作業の簡略化が図
れるばかりでなく、作業の完全自動化に大きく貢献し、
生産効率や品質、歩留りの向上が図れる。

＜第３実施例＞ 上述した第１、第２実施例においては、インサートリン
グ側にプローブカードを挿着する際に、真空圧でプロー
ブカードを吸着したのちに、固定ピンで支持したもので
あった。第３実施例においては、インサートリングとプ
ローブカードの係止が磁気吸着にしたものであり、ま
た、このプローブカードの搬送は、ウエハを検査部まで
搬送している従来の搬送機構を利用して搬送したのち磁
気吸着するものである。

以下、本発明ウエハプローバを図面を参照して説明す
る。

先ず、第３実施例ウエハプローバの概略説明図について
第10図を参照して説明する。

上記ウエハプローバ（50）は大別してローダ部（51）と
検査部（52）とから構成されている。

上記ローダ（51）は例えば５インチの外形のウエハと多
数収容される棚方式のカセット（53）よりウエハを一枚
づつ取出し、これをプリアライメントした後に検査部
（52）に受け渡し検査の終了したウエハをカセット（5
3）内に戻し搬送するものである。

尚、このローダ部（51）の上方には、このウエハプロー
バ（50）を稼働するための制御情報を操作入力するキー
ボード（55）が配置されている。

上記ローダ部（51）は後述するプローカードの搬送の説
明に必要であるため、詳細に構成及び作用を説明する。

上記ローダ部（51）はカセット（53）からウエハを取出
す水平移動機構（55）と、この水平移動機構（55）によ
って取出されたウエハをプリアライメントしたのち第９
図で示すように所定高さまで上昇させる昇降機構（56）
と、このウエハを検査部（52）側のチャック（57）に回
転移動させて搬送する回転機構（58）とから構成されて
いる。

上記ローダ部（51）の作用は、上記水平移動機構（55）
のピンセット（55a）からカセット第10図中（53）内に
挿入してウエハを取出すことになる。

上記昇降機構（56）のサブチャック（56a）と称する移
動体がウエハをピンセット（58a）から授受して、所定
高さまで上昇することになる。

上記回転アーム機構（58）のアーム（58a）に授受され
たウエハをチャック（57）に授受するようになる。

上記チャック（57）は、アライメント位置まで移動し、
さらに検査中心のプローブカード（59）の下側に配置す
るようになる。

上記の各機構の駆動は予め記憶装置に記憶されたプログ
ラムによって実施している。

上記に説明したウエハを搬送する搬送手段を用いて、プ
ローブカード（59）をインサートリング（60）に搬送し
ている。即ち、プローブカード（59）を収容したカセッ
ト（53a）をウエハを収容したカセット（53）と併列し
て設けられている。

このカセット（53）からプローブカード（59）を取出し
てチャック（57）に授受し、このチャック（57）を介し
て、インサートリング（60）の下側まで移動させること
になる。

上記説明したように、ウエハに代えて、プローブカード
（59）を搬送するには、プローブカード（59）のプロー
ブ針（59a）が突設しているので、このプローブ針（59
a）を保護する保護板（61）が必要である。

上記保護板（61）は上記プローブカード（59）の外形と
同径でプローブ針（59a）の近傍には中空部（61a）が設
けられている。さらに、上記保護板（61）の底面はチャ
ック（57）の吸着孔で吸着可能な平滑面状で形成されて
いる。

上記プローブカード（59）は上述したインサートリング
（60）の底面（60a）に設けられた位置決めピン（60b）
と挿入されるように位置決め穴（59b）が周縁に沿って
均等に穿設されている。

上記のように形成した上記保護板（61）とプローブカー
ド（59）は、第８図（ｃ）で示すように、プローブ針
（59b）が中空部（61a）に納まるように重着して対とし
ている。この対のプローブカード（59）をカセット（53
a）に収容して、ウエハが収容されているカセット（5
3）と同様に併列に載置されている。以上でローダ部（5
1）の構成の説明を終了する。

上記検査部（52）は上記ローダ部（51）の側面に平行し
て設けられており、ローダ部（51）を介して搬送された
ウエハを吸着固定したチャック（57）上に吸着固定し、
XY方向およびθ方向にチャック（57）を駆動制御してウ
エハをアライメントした後に、ウエハの電気検査するも
のである。

尚、この検査部（52）の上側には顕微鏡（62）が配置さ
れ、ウエハとプローブカード（59）のプローブ針（59
a）との位置合わせ等を目視観察できるようになってい
る。

上記検査部（52）は、第９図に示すように、ウエハを吸
着固定してＸ−Ｙ軸方向、θ方向及びＺ方向に駆動させ
る駆動部を有するチャック（57）の頂面との対向面にヘ
ッドプレート（63）に支えられたインサートリング（6
0）が設けられている。

このインサートリング（60）はヘッドプレート（63）の
中空部に内設して回転可能に設けられており、このイン
サートリング（60）の底面（60a）に沿ってプローブカ
ード（59）が配置されているようになっている。

一方、上記ヘッドプレート（63）はチャック（57）がＸ
−Ｙ軸に移動されるレール（64）を敷設した基台（65）
に固定支持されている。

上記チャック（57）の頂面にはウエハを吸着固定される
吸着孔が穿設されており、Cpuの制御によってオンオフ
されるようになっている。

上記チャック（57）の頂面にスリーピン（57a）と称す
る上下動機構が設けられて、ウエハを授受する際に上下
動されるようになっている。

以上で検査部（52）についての説明を終了する。

このように、ローダ部（51）から搬送されたプローブカ
ード（59）をチャック（57）上に載置し、この載置した
プローブカード（59）をインサートリング（60）の下側
に配置し、さらにチャック（57）をインサートリング
（60）の底面（60a）近傍まで上昇してプローブカード
（59）を装着する状態において、第３実施例の特徴的構
成は、上記インサートリング（60）の底面（60a）にプ
ローブカード（59）を磁気吸着できる機構を設けた点に
ある。

即ち、第７図に示すようにチャック（57）と対向したイ
ンサートリング（60）の底面（60a）に磁気部材（66）
を埋設するように設けたインサートリング（60）と、こ
のインサートリング（60）６の磁気部材（66）に吸着さ
れる磁性体（67）を有したプローブカード（59）とから
構成されている。

上記インサートリング（60）を詳細に説明すると、イン
サートリングは、インサートリング本体（60e）と、こ
のインサートリング本体（60e）の裏面に設けた離間機
構（60f）とから構成されている。

上記インサートリング本体（60e）は、鍔部の段部とプ
ローブカード（59）を挿着させる円柱管とが同心して一
体物として設けられている。

上記鍔部の段部はヘッドプレート第９図中（63）の中空
部に枢着して、設けられ、さらにこの鍔部の裏面には離
間機構（60f）が設けられている。一方、プローブカー
ド（59）を挿着される底面（60a）には位置決めピン（6
0b）と、磁気部材（66）を均等配して少なくとも２ケ所
設けられている。

上記離間機構（60f）は、プローブカード（59）の傾斜
面（59c）に押圧する離間ピン（60c）が水平移動するよ
うに設けられている。

上記離間ピン（60c）の移動方向は、インサートリング
（60）の中心方向に沿って進退されるようにエアシリン
ダ（図示せず）を駆動させるようになっている。

この駆動制御は予め記憶されたプログラムによってCpu
が制御している。

従って、上記インサートリング（60）の底面（60a）に
固定された磁気部材（66）に、プローブカード（59）に
固定された磁性体（67）が磁気吸着されるように挿着さ
れる。

上記プローブカード（59）を詳細に説明すると、プロー
ブカード（59）は例えばリング径φ120mm×t3.2エポキ
シ樹脂部材のプローブカード基板（59e）にプローブ針
（59d）を設け、このプローブ針（59d）と反対面にはイ
ンサートリング（60）と位置合わせする位置決穴（59
b）を磁性体（67）をインサートリング（60）の底面（6
0a）と対応して設けられている。

従って、上記インサートリング（60）に設けた磁気部材
（66）がプローブカード（59）に設けた磁気部材（66）
に磁気吸着される前に先ず、チャック（57）の上昇にと
もなって、プローブカード（59）が上昇し、そしてプロ
ーブカード（59）の位置決め穴（59b）がインサートリ
ング（60）の底面（60a）に設けた位置決めピン（60b）
に挿入される。さらに、チャック（57）が上昇し、例え
ば底面と、プローブカードの間隔が1mmまで上昇し、プ
ローブカード（59）に設けた磁性体（67）が磁気部材
（66）の磁気誘導によって生ずる吸引力で引き寄せられ
て挿着される。

その後、チャック（57）降下して、チャック（57）上の
保護板のみを、カセット（53a）内に搬送して、収容さ
れる。

ここでの一連の動作は予め記憶されたプログラムに従っ
て駆動されている。

第３実施例の効果は、インサートリングの底面にプロー
ブカードを挿着する際に、インサートリングに対してプ
ローブカードをチャックによって上昇させるとともに、
上昇したプローブカードがインサートリングに設けた位
置決ピンをガイドとして、さらに磁気吸引力が働く高さ
まで上昇し、そして磁気吸引力によって挿着されるの
で、プローブカードをインサートリングの底面に上昇さ
せる機構が不要になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のウエハプローバによれ
ば、作業の完全自動化に大きく貢献し、生産効率や品
質、歩留りの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のウエハプローバの外観を
示す図、第２図は第１図のプローブカード自動着脱機構
の構造を説明するための説明図、第３図は本発明の第２
実施例のプローブカード自動着脱機構におけるプローブ
カードの構造を説明するための説明図、第４図は第３図
のプローブカードの断面説明図、第５図は第３図のプロ
ーブカードを挿着することを説明する説明図、第６図は
第３図のプローブカードを離脱することを説明する説明
図、第７図は本発明の第３実施例のプローブカード自動
着脱機構に磁気吸着機構におけるプローブカード構造を
説明するための説明図、第８図は第７図のプローブカー
ドと保護板との係合を説明するための説明図、第９図
（ａ）（ｂ）は第７図におけるプローブカード自動交換
の搬送系路を、ウエハ搬送系路を用いて搬送する説明
図、第10図は、第７図は本発明を適用したウエハプロー
バの１実施例の外観構成図である。 ４……テストヘッド、 ６……プローブカード自動着脱機構、 ８……プローブカード自動搬送機構、 ９……プローブカード、 21……インサートリング、22……カードソケット、 23a,23b,23c……固定ピン、 26a,26b,26c……エアーシリンダ、 31……プローブカード本体、 32……カードホルダ、33……位置決めピン、 34……位置決め孔、37……プローブカード、 38……プローブカード基板、 38a……プリント配線、39……位置決め孔、 41……固定溝、42……離脱溝、 50……ウエハプローバ、51……ローダ部、 52……検査部、 53……カセット（ウエハ用）、 53a……カセット（プローブカード用）、 54……キーボード、55……水平移動機構、 55a……ピンセット、56……昇降機構、 56a……サブチャック、57……チャック、 57a……スリピン、58……回転機構、 58b……アーム、59……プローブカード、 60……インサートリング、60a……底面、 60b……位置決めピン、60c……離間ピン、 61……保護板、61c……中空部、 63……ヘットプレート、64……レール、 65……基台、66……磁気部材、 67……磁性体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プローブカードに設けられた触針と、半導
   体ウエハに形成された半導体素子の電極パッドとを接触
   させ、テスターからの電気信号を授受して前記半導体素
   子の電気的特性を測定するウエハプローバにおいて、 係止部が設けられたプローブカードと、 前記係止部に係合する係止機構が設けられたインサート
   リングと、 前記プローブカードを複数枚収容したプローブカード収
   容ラックと、 このプローブカード収容ラックと前記インサートリング
   下面との間で前記プローブカードを搬送するプローブカ
   ード搬送手段と、 前記係止機構を駆動し、前記プローブカードの係止部に
   対する係合及び係合解除を行わせる駆動手段と、 前記駆動手段及び前記プローブカード搬送手段を予め記
   憶されたプログラムにより制御し、前記プローブカード
   の自動交換動作を実行させる制御手段と を備えたことを特徴とするウエハプローバ。